刍议小型水库除险消能功方案选择

王 铁，张春玲，李洪伟

(1.海林市水务局，黑龙江海林157100;2.木兰县水务局，黑龙江木兰151900)

1 基本情况

万丈水库位于海林市长汀镇万丈村西北2 km处，水库控制集雨面积30 km2，该水库是1956年开始施工，1958年竣工的小(1)型水库。由于是建国初期修建的，建设资金短缺，致使工程未按设计全部施工，降低了标准，加之多年运行、失修，早已成为病险水库。例如由于资金短缺，溢洪道未修建消能设施，属于半截工程，本次水库除险加固需要建设消能设施。

2 设计方案

该溢洪道原设计消能为挑流消能，但施工只有挑流鼻坎，下部无消能防冲设施，本次设计消能选两种型式进行方案比选，第一方案为底流式消能，第二方案为挑流式消能，二方案的计算如下，工程量及造价比较见表1。

2.1 底流式消能

采用渐变矩形消力池，由15 m扩散到20 m，结构采用钢筋混凝土结构。出口开尾水渠30 m，与溢洪道尾端衔接，人工尾水渠与天然河道衔接。

采用如下公式计算:

式中:Fr1为收缩断面弗汝德数;h1为收缩端面水深，1.05 m;v1为收缩断面流速，8.5 m/s;b1、b2为跃前、跃后断面宽度，m。

式中:d为池深，m;δ为水跃淹没度，可取δ=1.05;h2为池中发生临界水跃时的跃后水深，2.07 m;ht为消力池出口下游水深，1.1 m;△Z为消力池尾部出口水面跌落，m;Q为流量，m3/s;b为消力池宽度，m;φ为消力池出口段流速系数，可取0.95;L为自由水跃的长度。

经计算池长Lk=7.5 m，取10 m;池深d=0.81 m，取1.0 m。消力池与陡坡采用1∶5陡坡连接，长5 m。

经计算海漫Lp=16.2 m，选择海漫长度20 m，铺设40 cm干砌石，15 cm碎石，15 cm砂垫层，防冲槽底宽3 m，深1.5 m，边坡1∶3。

2.2 挑流式消能

挑流水舌外缘挑距按下式计算:

式中:L为自挑流鼻坎末端起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m;θ为挑流水舌水面出射角，30°;h1为挑流鼻坎末端法向水深，m;h2为鼻坎坎顶至下游河床高程差，m;v1为鼻坎坎顶水面流速，m/s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。鼻坎平均流速v近似利用泄槽末端断面水深。

经计算，L=9.5，即挑流水舌外缘挑距9.5 m。

冲刷坑最大水垫深度按下式计算:

式中:T为自下游水面至坑底最大水垫深度，m;q为鼻坎末端断面单宽流量，6.7 m3(s·m);Z为上、下游水位差，5.73 m;K为综合冲刷系数，取1.55。

经计算，冲刷坑最大水垫深度为4.8 m。水垫底部采用100 cm钢筋笼块石护砌。

表1 方案比较成果表

通过以上消能技术经济方案比较，挑流式消能工程量较小，造价比底流式消能低34万元;另外，水库1991年发生洪水，堰上溢流水深1.2 m，挑流鼻坎下游形成3.5 m冲坑，未对坝间及泄流建筑物造成破坏，说明挑流式消能技术方案可行。所以，该小型水库消能方案选择为挑流式消能。

[1]张慧丽，王爱华，张力春.底流消能及其在工程上的应用[J].黑龙江水利科技，2009，37(2):82.